Các nhà nghiên cứu cho biết bước đột phá này có thể giúp cho các thí nghiệm nhiệt hạch trong tương lai tạo ra nguồn năng lượng an toàn, sạch và gần như vô hạn cho nhân loại.
Chế độ “super I-mode” lần đầu tiên được phát hiện tại lò phản ứng nhiệt hạch Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), hay còn gọi là “mặt trời nhân tạo”, đặt tại Hợp Phì, Trung Quốc. Các chuyên gia đã phát hiện ra điều này khi vận hành lò phản ứng trong khoảng thời gian kỷ lục 17 phút vào tháng 12/2021. Sau khi được kiểm tra kỹ lưỡng, kết quả đã được báo cáo và đăng trên tạp chí quốc tế Science Advances.
Các thí nghiệm sau cho thấy chế độ mới có tiềm năng lớn để ứng dụng cho lò phản ứng nhiệt hạch quốc tế International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), lò phản ứng nhiệt hạch lớn nhất thế giới hiện đang được xây dựng ở Pháp.
Nhà vật lý Richard Pitts, người đứng đầu các thí nghiệm và hoạt động plasma tại ITER cho biết: “Đây là một kết quả quan trọng đối với ITER và đối với phản ứng tổng hợp”.
Nhà vật lý nói thêm rằng tầm quan trọng của các thí nghiệm tại EAST là họ đã chứng minh được rằng các lò tokamak plasma có thể duy trì và kiểm soát trong các xung dài (hơn 1.000 giây), tương tự như các xung dài mà ITER nhắm tới trong dài hạn.
Pitts đánh giá rằng mặc dù là với thiết bị nhỏ hơn nhiều, các chuyên gia cảm thấy yên tâm hơn khi đã đạt được kết quả này.
Song Yuntao, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết, một ưu điểm chính của chế độ super I-mode là khả năng giảm rò rỉ năng lượng ở rìa plasma, nơi khí siêu nóng tiếp xúc trực tiếp với tấm chắn nhiệt của lò tokamak.
Ông Song nói với Tân Hoa Xã rằng: “Nếu chúng ta so sánh phản ứng tổng hợp hạt nhân với những tia chớp, thì mục tiêu của chúng ta là thu thập càng nhiều tia chớp càng tốt trong lồng từ tính và tạo ra năng lượng cho con người sử dụng một cách ổn định và lâu dài”.
“Chế độ vận hành mới được phát hiện trên EAST cho phép chúng tôi thu thập nhiều tia sét hơn mà không làm hỏng lồng từ, đồng thời duy trì hoạt động ở trạng thái ổn định trong một thời gian dài”, ông Song cho biết.
Bên trong lò tokamak EAST của Trung Quốc. Ảnh: IPP
Những lò tokamak như EAST và ITER đại diện cho một trong những con đường đầy hứa hẹn dẫn đến phản ứng tổng hợp hạt nhân có kiểm soát. Tuy nhiên, làm thế nào để tạo ra plasma hiệu suất cao và giữ nó đủ lâu để hydro kết hợp với nhau, tạo ra năng lượng, vẫn là một thách thức.
Trên thực tế, các nhà khoa học nhiệt hạch sử dụng các thông số vận hành như nhiệt độ và năng lượng, được gọi là “mode”, để kiểm soát trạng thái của plasma.
Hầu hết các lò tokamak ngày nay, bao gồm cả EAST, hoạt động ở H-mode, tức chế độ kiểm soát cao. Tuy nhiên, một nhược điểm lớn của H-mode là nguy cơ dẫn đến sự giải phóng năng lượng nhanh chóng ở rìa plasma và làm hỏng các vật liệu xung quanh.
Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã nghiên cứu I-mode, hay chế độ kiểm soát cải tiến, trong đó năng lượng nhiệt hạch được giải phóng thông qua một quy trình liên tục hơn.
Nhóm EAST đã rất ngạc nhiên khi phát hiện rằng so với I-mode, chế độ mới của họ cải thiện đáng kể khả năng giữ năng lượng ở cả lõi plasma và rìa. Vì vậy, nó được đặt tên là super I-mode.
Nhà vật lý học Pitts lưu ý rằng không rõ liệu ITER có thể hoạt động ở super I-mode hay không, vì chế độ này chỉ xuất hiện ở EAST. Tuy nhiên, ITER đã lên kế hoạch thử nghiệm tương tự EAST.
EAST đã trở thành một trong những nền tảng quan trọng nhất để các nhà khoa học Trung Quốc và nước ngoài trao đổi, làm việc cùng nhau về vật lý plasma, nhiệt hạch và các chủ đề liên quan khác. Bộ Năng lượng Mỹ đã xác định EAST là cơ sở đối tác hàng đầu của họ trong lĩnh vực phản ứng tổng hợp từ tính.
